Phản ứng glycolysis kỵ khí và con đường lên men



các glycolysis kỵ khí hoặc kỵ khí là một lộ trình dị hóa được sử dụng bởi nhiều loại tế bào cho sự thoái hóa glucose khi không có oxy. Đó là, glucose không bị oxy hóa hoàn toàn thành carbon dioxide và nước, như trường hợp glycolysis hiếu khí, nhưng các sản phẩm lên men được tạo ra.

Nó được gọi là glycolysis kỵ khí vì nó diễn ra mà không có oxy, trong các trường hợp khác có chức năng là chất nhận điện tử cuối cùng trong chuỗi vận chuyển của ty thể, nơi một lượng lớn năng lượng được tạo ra từ quá trình xử lý các sản phẩm glycolytic.

Tùy thuộc vào sinh vật, tình trạng kỵ khí hoặc thiếu oxy sẽ dẫn đến việc sản xuất axit lactic (ví dụ như tế bào cơ) hoặc ethanol (nấm men), từ pyruvate được tạo ra bởi quá trình dị hóa glucose.

Kết quả là, hiệu quả năng lượng giảm mạnh, vì chỉ có hai mol ATP được sản xuất trên một mol glucose được xử lý, so với 8 mol có thể thu được trong quá trình glycolysis hiếu khí (chỉ trong giai đoạn glycolytic).

Sự khác biệt về số lượng phân tử ATP có liên quan đến quá trình tái oxy hóa NADH, không tạo ra ATP bổ sung, trái với những gì xảy ra trong quá trình phân hủy hiếu khí, với mỗi NADH, thu được 3 phân tử ATP.

Chỉ số

  • 1 phản ứng
  • 2 tuyến đường lên men
    • 2.1 Sản xuất axit lactic
    • 2.2 Sản xuất ethanol
  • 3 Lên men hiếu khí
  • 4 Glycolysis và ung thư
  • 5 tài liệu tham khảo

Phản ứng

Quá trình glycolysis kỵ khí hoàn toàn không phải là quá trình glycolysis hiếu khí, vì thuật ngữ "kỵ khí" đề cập nhiều hơn đến những gì xảy ra sau con đường glycolytic, nghĩa là số phận của các sản phẩm và trung gian phản ứng..

Do đó, mười enzyme khác nhau tham gia vào các phản ứng của quá trình đường phân kỵ khí, cụ thể là:

1-Hexokinase (HK): sử dụng một phân tử ATP cho mỗi phân tử glucose. Nó tạo ra glucose 6-phosphate (G6P) và ADP. Phản ứng là không thể đảo ngược và đảm bảo các ion magiê.

 2-Phosphoglucose isomerase (PGI): đồng phân hóa G6P thành fructose 6-phosphate (F6P).

 3-Fosfofstalloquinasa (PFK): phosphoryl hóa F6P thành fructose 1,6-bisphosphate (F1.6-BP) sử dụng một phân tử ATP cho mỗi F6P, phản ứng này cũng không thể đảo ngược.

 4-Aldolase: tách phân tử F1.6-BP và tạo ra glyceraldehyd 3-phosphate (GAP) và dihydroxyacetone phosphate (DHAP).

 5-Triose phosphate isomerase (TIM): tham gia vào quá trình xen kẽ của DHAP và GAP.

 6-Glyceraldehyd 3-phosphate dehydrogenase (GAPDH): sử dụng hai phân tử NAD+ và 2 phân tử photphat vô cơ (Pi) thành phosphoryl GAP, tạo ra 1,3-biphosphoglycerate (1,3-BPG) và 2 NADH.

 7-Phosphoglycerate kinase (PGK): tạo ra hai phân tử ATP bằng cách phosphoryl hóa ở mức cơ chất của hai phân tử ADP. Nó sử dụng mỗi phân tử 1,3-BPG như một nhà tài trợ nhóm phốt phát. Sản xuất 2 phân tử 3-phosphoglycerate (3PG).

 8-Phosphoglycerate mutase (PGM): sắp xếp lại phân tử 3PG để tạo ra một chất trung gian có năng lượng cao hơn, 2PG.

 9-Enolase: từ 2PG tạo ra phosphoenolpyruvate (PEP) bằng cách khử nước đầu tiên.

10-Pyruvate kinase (PYK): phosphoenolpyruvate được sử dụng bởi enzyme này để tạo thành pyruvate. Phản ứng liên quan đến việc chuyển nhóm phốt phát ở vị trí 2 của phosphoenolpyruvate thành phân tử ADP. 2 pyruvate và 2 ATP được tạo ra cho mỗi glucose.

Tuyến đường lên men

Lên men là thuật ngữ được sử dụng để chỉ ra rằng glucose hoặc các chất dinh dưỡng khác bị suy giảm khi không có oxy, để có được năng lượng.

Trong trường hợp không có oxy, chuỗi vận chuyển điện tử không có chất nhận cuối cùng và do đó, quá trình phosphoryl hóa oxy hóa tạo ra một lượng lớn năng lượng dưới dạng ATP không xảy ra. NADH không được tái oxy hóa thông qua con đường ty thể mà thông qua các con đường thay thế, không tạo ra ATP.

Không có đủ NAD+ con đường glycolytic dừng lại, vì việc chuyển phosphate sang GAP đòi hỏi phải giảm đồng thời của đồng yếu tố này.

Một số tế bào có cơ chế thay thế để khắc phục thời kỳ kỵ khí và nói chung các cơ chế này liên quan đến một số loại lên men. Ngược lại, các tế bào khác phụ thuộc hầu hết vào các quá trình lên men để sinh tồn.

Các sản phẩm của con đường lên men của nhiều sinh vật có liên quan đến kinh tế đối với con người; ví dụ như việc sản xuất ethanol của một số nấm men trong bệnh kỵ khí và sự hình thành axit lactic bởi vi khuẩn Lacto được sử dụng để sản xuất sữa chua.

Sản xuất axit lactic

Nhiều loại tế bào khi không có oxy tạo ra axit lactic nhờ phản ứng được xúc tác bởi phức hợp dehydrogenase lactate, sử dụng các nguyên tử cacbon pyruvate và NADH được tạo ra trong phản ứng GAPDH.

Sản xuất ethanol

Pyruvate được chuyển đổi thành acetaldehyd và CO2 bằng pyruvate decarboxylase. Acetaldehyd sau đó được sử dụng bởi rượu dehydrogenase, làm giảm nó bằng cách sản xuất ethanol và tái tạo một phân tử NAD+ cho mỗi phân tử pyruvate đi vào theo cách này.

Lên men hiếu khí

Glycolysis kỵ khí có đặc điểm chính là thực tế là các sản phẩm cuối cùng không tương ứng với CO2 và nước, như trong trường hợp glycolysis hiếu khí. Thay vào đó, các sản phẩm điển hình của phản ứng lên men được tạo ra.

Một số tác giả đã mô tả một quá trình "lên men hiếu khí" hoặc glycolysis glucose hiếu khí đối với một số sinh vật, bao gồm một số ký sinh trùng thuộc họ Trypanosomatidae và nhiều tế bào khối u ung thư..

Ở những sinh vật này, người ta đã chứng minh rằng ngay cả khi có oxy, các sản phẩm của con đường glycolytic tương ứng với các sản phẩm của quá trình lên men, do đó người ta cho rằng xảy ra quá trình oxy hóa "một phần" glucose, vì không phải tất cả năng lượng được chiết xuất có thể các nguyên tử cacbon của nó.

Mặc dù "quá trình lên men hiếu khí" của glucose không có nghĩa là hoàn toàn không có hoạt động hô hấp, vì nó không phải là một quá trình tất cả hoặc không có gì. Tuy nhiên, tài liệu chỉ ra sự bài tiết các sản phẩm như pyruvate, lactate, succinate, malate và các axit hữu cơ khác.

Glycolysis và ung thư

Nhiều tế bào ung thư cho thấy sự gia tăng hấp thu glucose và thông lượng glycolytic.

Khối u ở bệnh nhân ung thư phát triển nhanh chóng, do đó các mạch máu bị thiếu oxy. Do đó, việc bổ sung năng lượng của các tế bào này phụ thuộc chủ yếu vào quá trình glycolysis kỵ khí.

Tuy nhiên, hiện tượng này được hỗ trợ bởi yếu tố phiên mã thiếu oxy (HIF), làm tăng biểu hiện của enzyme glycolytic và chất vận chuyển glucose trong màng thông qua các cơ chế phức tạp.

Tài liệu tham khảo

  1. Akram, M. (2013). Đánh giá nhỏ về Glycolysis và Ung thư. J. Hủy. Giáo dục., 28, 454-457.
  2. Bustamante, E., & Pedersen, P. (1977). Quá trình glycolysis hiếu khí cao của tế bào gan chuột trong nuôi cấy: Vai trò của hexokinase ty thể. Proc. Natl. Học viện Khoa học., 74(9), 3735-3739.
  3. Cazzulo, J. J. (1992). Lên men hiếu khí glucose bằng trypanosomatids. Tạp chí FASEB, 6, 3153-3161.
  4. Jones, W., & Bianchi, K. (2015). Glycolysis hiếu khí: vượt quá sự tăng sinh. Biên giới trong Miễn dịch học, 6, 1-5.
  5. Li, X., Gu, J., & Zhou, Q. (2015). Đánh giá glycolysis hiếu khí và các enzyme chính của nó - mục tiêu mới cho điều trị ung thư phổi. Ung thư lồng ngực, 6, 17-24.
  6. Maris, A.J.A Van, Abbott, Æ. D. A., Bellissimi, Æ. E., Brink, J. Van Den, Kuyper, Æ. M., Luttik, Æ. M. A. H., Pronk, J. T. (2006). Quá trình lên men rượu của các nguồn carbon trong thủy phân sinh khối bởi Saccharomyces cerevisiae: hiện trạng. Antonie van Leeuwenhoek, 90, 391-418.
  7. Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2009). Nguyên tắc sinh hóa của Lehninger. Phiên bản Omega (Tái bản lần thứ 5).